تحليل التفاعلات النووية

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُعد تحليل التفاعل النووي (NRA) طريقة نووية من طرق التحليل الطيفي النووي في علم المواد للحصول على توزيعات التركيز مقابل العمق لعناصر كيميائية مستهدفة معينة في غشاء رقيق صلب. [ 1 ]

آلية إعادة تنشيط النيوكليوتيدات

عند تشعيعها بنوى قذائف مختارة ذات طاقات حركية E <sub>kin</sub> ، يمكن أن تخضع العناصر الكيميائية الصلبة الرقيقة المستهدفة لتفاعل نووي في ظل ظروف الرنين عند طاقة رنين محددة بدقة. وعادةً ما يكون ناتج التفاعل نواة في حالة إثارة تتحلل فورًا، مُصدرةً إشعاعًا مؤينًا .

للحصول على معلومات عن العمق، يجب معرفة الطاقة الحركية الابتدائية لنواة المقذوف (والتي يجب أن تتجاوز طاقة الرنين) وقدرتها على التوقف (فقدان الطاقة لكل مسافة مقطوعة) في العينة. وللمساهمة في التفاعل النووي، يجب أن تتباطأ نوى المقذوف في العينة للوصول إلى طاقة الرنين. وبالتالي، تتوافق كل طاقة حركية ابتدائية مع عمق في العينة حيث يحدث التفاعل (كلما زادت الطاقة، زاد عمق التفاعل).

تحليل NRA للهيدروجين

على سبيل المثال، أحد التفاعلات الشائعة الاستخدام لتحليل الهيدروجين باستخدام حزمة أيونات عالية الطاقة 15N هو

15 N + 1 H → 12 C + α + γ (4.43 ميجا إلكترون فولت) [ 2 ]

مع رنين حاد في المقطع العرضي للتفاعل عند 6.385 ميغا إلكترون فولت يبلغ 1.8 كيلو إلكترون فولت فقط. [ 3 ] بما أن أيون 15N الساقط يفقد طاقة على طول مساره في المادة ، فيجب أن تكون طاقته أعلى من طاقة الرنين لتحفيز التفاعل النووي مع نوى الهيدروجين في أعماق الهدف.

يُكتب هذا التفاعل عادةً على النحو التالي: 1H ( 15N ,αγ) 12C . [ 4 ] وهو غير مرن لأن قيمة Q لا تساوي صفرًا (في هذه الحالة، تساوي 4.965 ميغا إلكترون فولت). أما تفاعلات التشتت العكسي لروذرفورد (RBS) فهي مرنة (Q = 0)، ويُعطى مقطع التفاعل (التشتت) σ بالصيغة الشهيرة التي وضعها اللورد روذرفورد عام 1911. ولكن يمكن أن تكون مقاطع التفاعل غير الرذرفوردية (ما يُسمى EBS ، مطيافية التشتت العكسي المرن ) رنينية أيضًا: على سبيل المثال، يمتلك تفاعل 16O (α,α) 16O رنينًا قويًا ومفيدًا للغاية عند 3038.1 ± 1.3 كيلو إلكترون فولت. [ 5 ]

في تفاعل 1H ( 15N ,αγ) 12C (أو في الواقع التفاعل العكسي 15N ( p,αγ) 12C )، يُعدّ شعاع غاما المنبعث عالي الطاقة سمة مميزة للتفاعل، ويتناسب عدد الأشعة المكتشفة عند أي طاقة ساقطة مع تركيز الهيدروجين عند العمق المقابل في العينة. ونظرًا لضيق ذروة المقطع العرضي للتفاعل، فإن الأيونات ذات طاقة الرنين هي التي تخضع في المقام الأول لتفاعل نووي. وبالتالي، يمكن الحصول على معلومات مباشرة حول توزيع الهيدروجين عن طريق تغيير طاقة شعاع 15N الساقط.

الهيدروجين عنصر لا يمكن تحليله باستخدام مطيافية التشتت العكسي لروذرفورد، إذ لا يمكن لأي شيء أن يتشتت عكسيًا من الهيدروجين (لأن جميع الذرات أثقل من الهيدروجين!). ولكنه يُحلل غالبًا باستخدام كاشف الارتداد المرن .

NRA غير الرنان

يمكن أيضًا استخدام تحليل الرنين النووي (NRA) بطريقة غير رنانة (وبالطبع، فإن تحليل التشتت العكسي للجسيمات المشحونة (RBS) غير رناني). على سبيل المثال، يمكن بسهولة تحديد خصائص الديوتيريوم باستخدام حزمة من الهيليوم -3 دون تغيير طاقة الإشعاع الساقط باستخدام...

3 هو + د = α + ص + 18.353 مليون إلكترون فولت

التفاعل، الذي يُكتب عادةً 2H ( 3He ,p)α. تعتمد طاقة البروتون السريع المُكتشف على عمق ذرة الديوتيريوم في العينة. [ 6 ]

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ بروندل، سي. ريتشارد؛ إيفانز، الابن، تشارلز أ.؛ ويلسون، شون (1992). موسوعة توصيف المواد: الأسطح، والواجهات، والأغشية الرقيقة . الصفحات 680-694 . 
  2. ↑ أيزنبرغ-سيلوف، ف. (1990-01-01). "مستويات طاقة النوى الخفيفة A = 11-12". الفيزياء النووية أ . 506 (1): 1-158 . Bibcode : 1990NuPhA.506....1A . doi : 10.1016/0375-9474(90)90271-M . ISSN 0375-9474 . 
  3. ↑ وايلد، ماركوس؛ فوكوتاني، كاتسويوكي (2014-12-01). "الكشف عن الهيدروجين بالقرب من الأسطح والواجهات الضحلة باستخدام تحليل التفاعل النووي الرنيني" . تقارير علوم الأسطح . 69 (4): 196-295 . Bibcode : 2014SurSR..69..196W . doi : 10.1016/j.surfrep.2014.08.002 . ISSN 0167-5729 . 
  4. ↑ "T1 - مختبر التانديم - جامعة أوبسالا، السويد" .
  5. ↑ كولاو، جيه إل؛ تيروين، جي؛ جينز، سي (2015). "حول معايرة الجهد الكهربائي الدقيقة القابلة للتتبع للمسرعات الكهروستاتيكية" (ملف PDF) . الأدوات والأساليب النووية ب . 349 : 173-183 . Bibcode : 2015NIMPB.349..173C . doi : 10.1016/j.nimb.2015.02.048 .
  6. ↑ باين، آر إس؛ كلوف، إيه إس؛ مورفي، بي؛ ميلز، بي جيه (1989). "استخدام تفاعل d(3He,p)4He لدراسة انتشار البوليمر في مصهورات البوليمر". الأدوات والأساليب النووية ب . 42 (1): 130-134 . Bibcode : 1989NIMPB..42..130P . doi : 10.1016/0168-583X(89)90018-9 .